기본 PCB 개념

인쇄 회로 기판이란 무엇입니까?

인쇄 회로 기판 또는 PCB는 이들 사이에 전기적 상호 연결을 포함하는 전기 회로를 따르는 다른 요소를 배치하는 데 사용되는 판 또는 보드입니다.

가장 간단한 인쇄 회로 기판은 그 표면 중 하나에서만 구리 트랙 또는 상호 연결을 포함하는 것입니다. 이러한 종류의 보드는 1 층 인쇄 회로 기판 또는 1 층 PCB로 알려져 있습니다.

오늘날 가장 많이 사용되는 PCB는 2 개의 레이어를 포함하고 있습니다. 즉, 보드의 양쪽 표면에 상호 연결을 찾을 수 있습니다. 그러나 디자인의 물리적 복잡성 (PCB 레이아웃)에 따라 보드는 8 개 이상의 레이어로 제조 될 수 있습니다.

그림 1. 2 층 PCB의 예시 영역

솔더 마스크

인쇄 회로 기판에 전기 부품을 장착하려면 조립 공정이 필요합니다. 이 과정은 수작업 또는 전문 기계를 통해 수행 할 수 있습니다. 조립 공정은 부품을 보드에 놓을 때 땜납을 사용해야합니다. 솔더가 서로 다른 그물에서 두 트랙을 실수로 단락시키는 것을 피하거나 방지하기 위해 PCB 제조업체는 보드의 양면에 솔더 마스크라는 마감재 또는 바니시를 적용합니다. 인쇄 회로 기판에 사용되는 솔더 마스크의 가장 일반적인 색상은 녹색이고 그 다음은 빨간색과 파란색입니다.

EDA 소프트웨어 (전자 설계 자동화)에서는 일반적으로 솔더 마스크 확장과 관련된 규칙이 존재합니다. 이 규칙은 패드의 경계와 솔더 마스크의 경계 사이에 존재하는 거리를 지정합니다. 이 개념은 그림 2 (a)에 나와있다.

실크 스크린 또는 오버레이

실크 - 스크리닝은 제조업체가 솔더 마스크에 대한 정보를 인쇄하여 조립, 검증 및 수리 과정을 용이하게하는 프로세스입니다. 일반적으로 실크 스크린은 테스트 포인트와 회로의 일부인 전자 부품의 위치, 방향 및 참조를 나타 내기 위해 인쇄됩니다. 또한 회사 이름, 구성 지침 (예 : 오래된 PC 마더 보드에서 일반적으로 사용됨) 등 디자이너가 요구할 수있는 모든 용도로 사용할 수 있습니다. 실크 스크린은 보드의 양면에 인쇄 할 수 있습니다. 또한 실크 스크린이라는 용어는 오버레이라고합니다. 그림 2는 회로 영역을 보여 주며, 흰색으로 된 모든 인쇄물은 실크 스크린에 해당합니다.

그림 2. 솔더 마스크 확장 (a) 및 실크 스크린 (b)

레이어 스택 업

앞에서 언급했듯이 인쇄 회로 기판은 여러 층으로 만들 수 있습니다. PCB가 EDA 소프트웨어의 도움으로 설계 될 때, 종종 전도성 물질 (구리)에 대응할 필요가없는 여러 층이 지정됩니다. 예를 들어, 실크 스크린과 솔더 마스크는 비전 도성 레이어입니다. 전도성 층과 비전 도성 층을 가짐으로써 혼란을 야기 할 수 있는데, 왜냐하면 제조자는 전도성 층만을 언급 할 때 층이라는 용어를 사용하기 때문이다. 이제는 전도 층을 언급 할 때만 접미사 "CAD"없이 레이어라는 용어를 사용하려고합니다. 우리가 "CAD 레이어"라는 용어를 사용한다면 모든 종류의 레이어, 즉 전도성 및 비전 도성을 의미합니다.

CAD 레이어 스택 업은 다음과 같습니다.

그림 3은 3 가지 스택 업을 보여줍니다. 주황색은 각 스택 업의 레이어를 강조 표시합니다. 스택 업 높이 또는 보드 두께는 용도에 따라 다를 수 있지만 가장 많이 사용되는 크기는 1.6 [mm] 또는 62 [밀]입니다. 어떤 나라에서는 [밀]의 동의어로 사용됩니다. (1 ㎜ = 0.001 [㎜] = 0.0254 [㎜])

그림 3. 3 가지 PCB 스택 업의 예 : 2 층 (a), 4 층 (b) 및 6 층 (c)

구성 요소 패키지

현재 시장에서 다양한 전자 부품 패키지를 찾을 수 있습니다. 하나의 장치에 대해 여러 유형의 패키지를 찾는 것이 일반적입니다. 예를 들어, QFP 및 LCC 패키지에 동일한 집적 회로를 찾을 수 있습니다.

기본적으로 전자 패키지의 3 가지 큰 제품군이 있습니다.

패키지	설명	예제 이미지
Thru-Hole(스루 홀)	핀이있는 모든 부품은 PCB의 도금 구멍을 통해 마운트되도록되어 있습니다. 이러한 종류의 구성 요소는 구성 요소가 삽입 된 보드의 반대쪽에 납땜됩니다. 일반적으로 이러한 구성 요소는 보드의 한면에만 장착됩니다.
SMD / SMT (표면 장착 장치 / 표면 장착 기술)	구성 요소가 배치 된 보드의 동일한면에 납땜되는 모든 구성 요소입니까? 이 유형의 패키지의 장점은 PCB의 양면에 장착 할 수 있다는 것입니다. 또한, 이들 부품은 스루 홀 타입보다 작아서 더 작고 밀도가 높은 인쇄 회로 기판을 설계 할 수 있습니다. 이러한 유형의 구성 요소는 최대 200 [MHz] (기본 클록 주파수)의 주파수에 유용합니다.
BGA (Ball Grid Array)	이러한 유형의 부품은 고밀도 핀 집적 회로에 자주 사용됩니다. 이들을 인쇄 회로 기판에 납땜하는 경우, 핀과 전기 접촉을 이루기 위해 용융되어야하는 땜납 볼로 핀을 구성해야하기 때문에 특수 기계가 필요합니다. BGA 부품은 패드와 볼 사이의 조인트에 존재하는 매우 작은 기생 인덕턴스로 인해 고주파 집적 회로에 이상적입니다. 이러한 유형의 구성 요소는 마더 보드 및 비디오 가속기 카드와 같은 컴퓨터 하드웨어에서 매우 일반적입니다.

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표면 실장 기술 - 위키 백과

패드(Pads)

패드는 인쇄 회로 기판에서 부품을 보드에 납땜 할 수있는 작은 구리 표면입니다. 패드는 부품의 핀이 기계적으로지지되고 납땜되는 구리 조각으로 생각할 수 있습니다. 두 종류의 패드가 있습니다. thru-hole 및 smd (표면 장착).

스루 홀 패드는 부품의 핀을 삽입하기위한 것이므로 부품이 삽입 된 반대쪽에서 납땜 할 수 있습니다. 이러한 유형의 패드는 스루 홀 비아와 매우 유사합니다.

smd 패드는 표면 장착 장치, 즉 부품이 장착 된 동일한 표면에 부품을 납땜하기위한 것입니다.

그림 4는 4 가지 구성 요소를 보여줍니다. 구성 요소 IC1 및 R1에는 각각 8 및 2 개의 SMD 패드가 있으며, 구성 요소 Q1 및 PW에는 3 개의 통과 패드가 있습니다.

그림 4. SMD 및 Thru-hole 패드

구리 트랙(Copper tracks)

트랙은 PCB의 2 개 지점을 연결하는 데 사용되는 전도성 경로입니다. 예를 들어, 2 개의 패드를 연결하거나 패드와 비아를 연결하거나 비아 사이에 연결합니다. 트랙은 이들을 통과하는 전류에 따라 다른 너비를 가질 수 있습니다.

인터커넥트가 트랙에 의해 생성 된 경로를 따라 임피던스 매칭 될 수 있도록 트랙의 너비를 계산하려면 고주파에서 필요하다는 것을 강조하는 것이 중요합니다. (미래 기사에서 이것에 더 많은 것)

그림 5. 두 개의 집적 회로 (칩)를 상호 연결하는 트랙

Plated Holes (도금 된 구멍)

: Thru-hole Vias or Full Stack Vias

인쇄 회로 기판의 최상층에 위치하는 부품과 하층에 위치하는 부품과의 상호 접속이 이루어져야 할 때, 비아 (수직 상호 접속 액세스)가 사용된다. 비아는 전류가 보드를 통과 할 수있는 도금 된 구멍입니다. 그림 6은 맨 위 레이어의 구성 요소 패드에서 시작하여 맨 아래 레이어의 다른 구성 요소 패드에서 끝나는 두 개의 트랙을 보여줍니다. 상단 층에서 하단 층으로 전류를 전달하기 위해 각 트랙마다 비아가 사용됩니다. 맨 아래 레이어에 속한 트랙과 패드는 시각적으로 흐리게 표시되므로 맨 위 레이어에있는 트랙과 패드와 구별 할 수 있습니다.

그림 6. PCB의 반대편에 위치한 2 개의 집적 회로는 쓰루 홀 비아

그림 7은 4 층 인쇄 회로 기판 또는 4 층 PCB의 횡단면을보다 자세히 나타낸 것입니다. 그림에 나타나는 색상은 다음 표에 설명되어 있습니다.

그림 7에 묘사 된 PCB는 스루 홀 비아를 사용하여 보드를 통과 한 최상층에 속한 트랙을 보여 주며 그 다음 맨 아래 레이어에 속한 트랙으로 계속됩니다.

그림 7. PCB를 거쳐 맨 위 레이어에서 끝나는 트랙

Blind vias(블라인드 비아)

고밀도에서는 그림 7에서 보았 듯이 2 개 이상의 레이어를 사용하는 복잡한 디자인이 필요합니다. 일반적으로 집적 회로가 많은 다중 레이어 시스템 설계에서는 전원 레일의 과도한 라우팅을 피하기 위해 전원 플레인 (Vcc 또는 GND)이 사용됩니다. 다시 말해, PDS (Power Delivery System)의 긴 트랙을 라우팅하는 대신 칩 아래에있는 전원 플레인에 직접 연결하는 것이 훨씬 쉽고 안전합니다 (이것은 쓰루 홀 비아로도 가능합니다). 또한 신호 트랙이 스터브의 역할을 할 수 있고 임피던스 불일치를 일으킬 수 있기 때문에 신호 트랙을 외부 레이어 (상단 또는 하단)에서 최소 비아 높이의 내부 레이어로 라우팅해야하는 경우가 있습니다. 이로 인해 반사가 발생하고 신호 무결성 문제가 발생할 수 있습니다 (향후 기사에서 자세한 내용 참조). 이러한 종류의 인터커넥트에는 블라인드 비아 (via)가 사용되어 외부 비아와 내부 비아 사이의 연결을 최소 비아 높이로 만들 수 있습니다. 블라인드 비아는 외부 레이어에서 시작하여 내부 레이어에서 끝나기 때문에 접두사가 "blind"인 이유입니다.

특정 비아가 블라인드인지를 알기 위해서는 PCB를 광원에 대고 비아를 통해 광원으로부터 오는 빛을 볼 수 있는지 확인하십시오. 빛을 볼 수 있다면 via는 thru-hole입니다. 그렇지 않으면 via가 blind입니다.

구성 요소와 배선을 배치하기에 너무 많은 공간이없는 경우 이러한 종류의 비아를 인쇄 회로 기판 설계에 사용하는 것이 매우 유용합니다. 구성 요소를 양쪽에 넣고 공간을 최대화 할 수 있습니다. 비아가 장님이 아닌 쓰루 홀이면, 비아가 양쪽에 사용하는 공간이 추가로 필요합니다.

그림 8은 4 층 인쇄 회로 기판의 일부인 3 개의 비아를 보여줍니다. 사진을 왼쪽에서 오른쪽으로 보면 첫 번째 비아가 쓰루 홀 비아 또는 전체 스택 비아입니다. 두 번째 비아는 맨 위 레이어에서 시작하여 두 번째 레이어 (내부)에서 끝납니다. 따라서이 비아는 1-2 번 블라인드 비어라고합니다. 마침내 세 번째 비어는 맨 아래 레이어에서 시작하여 세 번째 레이어에서 끝납니다. 따라서이 비어는 3-4 블라인드 비어라고합니다.

블라인드 비아는 종종 연속적인 층, 즉 L1 L2, L3 L4, Ln-1 Ln 사이에서 제조된다는 점을 명심해야합니다.

그림 8. 스루 홀과 블라인드 비어의 비교

이 유형의 비아의 단점은 쓰루 홀 대안과 비교할 때 높은 가격입니다.

Buried Vias(파묻힌 비아)

이 비아들은 장님과 유사합니다. 차이점은 내부 층에서 시작하고 끝납니다. 그림 9의 이미지를 왼쪽에서 오른쪽으로 보면, 첫 번째는 쓰루 홀 또는 전체 스택 비아입니다. 두 번째 것은 1-2 번 블라인드 비아이며, 마지막 것은 2 번째 레이어에서 시작하여 3 번째 레이어에서 끝나는 2-3 개의 묻힌 비아입니다.

그림 9. 스루 홀 비아, 블라인드 비아 및 매설 비아의 비교

블라인드 비아는 종종 연속적인 층 (L1 L2)으로 제조된다는 점을 명심해야합니다.

블라인드 비아의 경우와 마찬가지로이 유형의 비아의 주된 단점은 쓰루 홀 대안과 비교할 때 높은 가격입니다. b / bb 비어를 사용하면 보드 비용에 중요한 영향을 미칠 수 있으므로 이러한 종류의 비아를 사용하거나 쓰루 홀 유형 비아가있는 더 큰 보드를 사용하는 것이 더 나은지 결정해야합니다.

Eng. M. Patricio Cohen 
Electrosoft Engineering

<원본 출처>

http://www.pcb.electrosoft-engineering.com/04-articles-custom-system-design-and-pcb/01-printed-circuit-board-concepts/printed-circuit-board-pcb-concepts.html

** 오번역 부분을 정정한 내용입니다.